铁蛋白诱导仿生合成石墨烯/金-银纳米杂化材料的方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石墨烯/金-银纳米杂化材料的制备方法，具体的说是一种利用铁蛋白诱导仿生合成具有电化学活性的石墨烯/金-银纳米杂化材料的方法，本发明还涉及上述材料在制备非酶安培H2O2传感器上的应用。
技术背景
[0002]贵金属纳米粒子由于其独特的物理和化学性质，在材料科学、纳米技术和生物医学工程等领域起着非常重要的作用。例如，金和银纳米粒子在光谱的可见光区域具有非常好的表面等离子共振性质，可以用来构造生物传感器和光学纳米器件。金、银、铂和钯纳米粒子具有非常好的电催化活性。近年来，由两种贵金属元素构成的双金属纳米粒子吸引了众多的研究兴趣，归因于其在许多领域的潜在应用，包括化学和光学传感器、燃料电池、催化剂和生物医学成像等。众所周知，双贵金属纳米粒子的性质通常胜过任何单个元素的性质，并因为两种金属的协同效应显示出一些有趣、有用的性质。通过改变成分、尺寸与合成的双金属纳米粒子的形状，可有效地调节其相应的物理、化学和电化学行为。
[0003]双贵金属纳米粒子的可控合成是非常复杂的，以前的许多方法，例如固态冶金融化，湿化学还原，微波辐射和电化学沉积等被发展用来合成钯-铂、金-银、金-钯、银-钯、钴-铂和其它双贵金属纳米粒子。相对于其它方法，湿化学方法是最强大和通用的，因为通过调节参数例如反应物浓度、摩尔比、温度和反应周期，可以容易控制双金属纳米粒子的合成。仿生合成也是一种有潜力的合成均一尺寸的双金属纳米粒子的有效途径。一些生物分子，例如氨基酸、肽、蛋白质和病毒被用来诱导仿生合成无机纳米粒子。铁蛋白是一种球形的核壳状蛋白质(整个尺寸为12 nm，带有一个6 nm的笼)。据报道许多双金属纳米粒子，例如金-钯、钴-铂和铁-铂纳米粒子在铁蛋白分子的核中控制仿生合成。由于双金属金-银纳米粒子的光学性质、对H2O2和其它小分子的电催化活性，其合成是非常重要的。石墨烯纳米片被广泛用做理想的催化剂支撑材料，因为其具有巨大的比表面积和能促进电子转移反应的能力。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种采用铁蛋白诱导仿生合成石墨烯/金-银纳米杂化材料的方法，利用该材料制备高灵敏性的H2O2生物传感器。先将一种球状蛋白-铁蛋白分子键合到石墨烯上，形成石墨烯/铁蛋白杂化物，接着以石墨烯/铁蛋白杂化物为模板合成石墨稀/金-银纳米杂化材料。利用获得的石墨稀/金-银纳米杂化材料修饰玻碳电极，构建检测H2O2的传感器。相对于石墨稀/金纳米杂化材料、石墨稀/银纳米杂化材料，用石墨烯/金-银纳米杂化材料制备的生物传感器对H2O2显示出更高的电催化活性，检出限为2.0X10 6 M0
[0005]本发明的目的是这样实现的，该方法是先将铁蛋白分子键合到石墨烯上形成石墨烯/铁蛋白杂化物，接着以石墨烯/铁蛋白杂化物为模板合成石墨烯/金-银纳米杂化材料。利用获得的石墨烯/金-银纳米杂化材料构建检测H2O2的生物传感器，具体步骤如下:
①、还原石墨稀溶液的制备:采用修改过的Hummers方法(V.C.Tung, L.M.Chen,M.J.Allen, et al.Nano Lett 2009, 9, 1949)制备氧化石墨稀，即先从天然石墨粉末制备氧化石墨，取10 mg氧化石墨在50 mL超纯水中超声2小时，制备0.2 mg -mL 1氧化石墨稀水溶液，再利用葡萄糖化学还原方法(Z.Wang, X.Zhou, J.Zhang, et al.J.Phys.Chem.C 2009, 113，14071)将氧化石墨烯溶液转化成还原石墨烯溶液；
②、取步骤①制备的还原石墨稀溶液10mL，15000转离心10分钟，将得到的固体利用超声方法分散在10 mL 二甲基甲酰胺中，然后加入0.0385 g 1-芘丁酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯(PNHS)，搅拌24小时，制备PNHS修饰的石墨烯溶液；
③、取步骤②制备的PNHS修饰的石墨烯溶液2mL,离心除去剩余的PNHS，将得到的固体用2 mL 二甲基甲酰胺溶解，然后加入2 mL 20 y g.mL1铁蛋白的二甲基甲酰胺溶液，搅拌2小时后，再离心除去多余的铁蛋白，将得到的固体用2 mL超纯水溶解，制得石墨烯/铁蛋白杂化物溶液；
④、取步骤③中制得的石墨烯/铁蛋白杂化物溶液，用稀盐酸溶液调节溶液的PH值为2，除去铁蛋白分子中的水合铁氧化物，然后加入I mL 20 mmol.L 1AgNO3溶液和I mL 20mmol -L 1HAuCl4溶液，搅拌20分钟，离心得到固体后，用2 mL超纯水溶解，接着加入新制备的1% (m/m) NaBH4溶液，最终得到水溶性的石墨稀/金-银纳米杂化材料。
[0006]本发明具有以下优点和积极效果:
(I)、本发明提供一种新颖的技术，采用铁蛋白诱导仿生合成具有电化学活性的石墨烯/金-银纳米杂化材料，利用获得的石墨稀/金-银纳米杂化材料修饰玻碳电极，构建具有高探测性能的H2O2生物传感器。相对于石墨稀/金纳米杂化材料、石墨稀/银纳米杂化材料，用石墨烯/金-银纳米杂化材料制备的生物传感器对H2O2显示出更高的电催化活性，检出限为2.0X10 6 Mo
[0007](2)、本发明与现有技术相比较，在合成尺寸和形状可控的金-银纳米粒子方面具有明显的优势。第一，合成过程绿色、无毒，环境友好，利用制得的石墨烯/金-银纳米杂化材料修饰玻碳电极构建的H2O2生物传感器，具有高的探测灵敏度、高的选择性、好的重现性和稳定性；第二，金-银纳米粒子的形成是在铁蛋白的笼中，因而获得的纳米粒子的尺寸和形状是均匀的；第三，铁蛋白分子提供许多表面活性的_順2和-C00H，可以很容易地被许多功能材料修饰和连接，例如石墨烯和碳纳米管。
【附图说明】
[0008]图1 a是本发明石墨烯/金-银纳米杂化材料的透射电子显微镜图像，(b)是图a中部分再放大的透射电子显微镜图像，图(b)中的插图是金-银纳米粒子的高分辨图像。
[0009]图2是本发明石墨烯/金-银纳米杂化材料的能量色散谱图。
[0010]图3是本发明石墨烯/金-银纳米杂化材料的X射线光电子能谱图。
[0011]图4是本发明石墨稀/金、石墨稀/银和石墨稀/金-银纳米杂化材料修饰的玻碳电极在含有2.0 mM H2O2的0.1 M PBS (pH 7.4)中的循环伏安曲线。
[0012]图5是本发明石墨烯/金-银纳米杂化材料修饰的玻碳电极在含有0、1.0、2.0、3.0和4.0 mM H2O2的0.1 M PBS (pH 7.4)中的循环伏安曲线，扫描速率是50 mV.s 1O
[0013]图6是本发明石墨稀/金-银纳米杂化材料修饰的玻碳电极在0.1 M PBS (pH7.4)中连续加入不同量H2O2的1-1响应曲线，应用电压为-0.45 V0插图是1-1曲线前段
0-800 s的部分。
[0014]图7是本发明石墨稀/金-银纳米杂化材料修饰的玻碳电极的稳定电流与H2O2浓度的标准曲线。
【具体实施方式】
[0015]采用铁蛋白诱导仿生合成具有电化学活性的石墨烯/金-银纳米杂化材料的步骤包括:
①、还原石墨稀溶液的制备:采用修改过的Hummers方法(V.C.Tung, L.M.Chen,M.J.Allen, et al.Nano Lett 2009, 9, 1949)制备氧化石墨稀，即先从天然石墨粉末制备氧化石墨，取10 mg氧化石墨在50 mL超纯水中超声2小时，制备0.2 mg -mL 1氧化石墨稀水溶液，再利用葡萄糖化学还原方法(Z.Wang, X.Zhou, J.Zhang, et al.J.Phys.Chem.C 2009, 113，14071 )，将氧化石墨烯溶液转化成还原石墨烯溶液；
②、取步骤①制备的还原石墨稀溶液10mL, 15000转离心10分钟，将得到的固体利用超声方法分散在10 mL 二甲基甲酰胺中，然后加入0.0385 g 1-芘丁酸-N-羟基琥珀酰亚胺酯(PNHS)，搅拌24小时，制备PNHS修饰的石墨